Publicado 15/03/2021 18:12CET

Un módulo reutilizable de una etapa, mejor opción para volver a la Luna

Fases de descenso y retorno de la superficie lunar
Fases de descenso y retorno de la superficie lunar - SKOLTECH

   MADRID, 15 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Un módulo reutilizable de una sola etapa propulsado con oxígeno líquido e hidrógeno líquido sería la opción más idónea para retornar a la superficie lunar con origen y destino en una estación orbital.

   Un equipo de Skoltech y el MIT (Massachusetts Institute of Technology) ha desarrollado modelos matemáticos para evaluar las opciones más prometedoras para los sistemas de aterrizaje humanos para una futura misión Artemisa.

   Este programa de la NASA utilizará una nueva plataforma orbital, denominada Lunar Gateway, que será una estación espacial permanente desde la cual módulos reutilizables traerán astronautas de regreso a la Luna. Este nuevo enfoque requiere un nuevo análisis de los enfoques de aterrizaje óptimos; las empresas privadas contratadas por la NASA para diseñar los módulos de aterrizaje reutilizables están llevando a cabo esta investigación, pero mantienen secreto sobre sus resultados.

   El programa Apolo utilizó una arquitectura de 2 etapas, cuando el Módulo Lunar Apolo, que consta de módulos de descenso y ascenso, pudo llevar a dos personas a la superficie lunar y retroceder, dejando atrás el módulo de descenso.

   El equipo del MIT asumió que Lunar Gateway está ubicado en la órbita de halo rectilínea cercana a L2, la opción actualmente preferida que tiene a la estación orbitando el punto L2 Lagrange de una manera que facilita el aterrizaje en el polo sur lunar. También modelaron una expedición de cuatro astronautas, que pasarán alrededor de siete días en la Luna. Los científicos consideraron tanto el número óptimo de etapas como los propulsores preferidos para el sistema. En total, pasaron por 39 variantes del futuro sistema de aterrizaje humano lunar, y también modelaron el costo de las opciones más prometedoras.

   El equipo pasó por un enfoque integral para evaluar conceptos alternativos de módulos de aterrizaje humanos lunares, analizando una amplia cantidad de opciones utilizando modelos de detección arquitectónica. Primero definieron el conjunto clave de decisiones arquitectónicas que se tomarán, como el número de etapas y el tipo de propulsor que se empleará en cada etapa del módulo de aterrizaje. Organizaron la información en modelos matemáticos y realizaron una exploración computacional integral de arquitecturas de sistemas alternativos provenientes de la combinación de las diferentes decisiones arquitectónicas. Por último, analizaron el espacio comercial resultante e identificaron las arquitecturas preferidas para su consideración por las partes interesadas interesadas en el diseño de módulos de aterrizaje lunares humanos.

   Su análisis mostró que para los sistemas de aterrizaje desechables como los utilizados en el programa Apollo, la arquitectura de 2 etapas es de hecho la más ventajosa, ya que tiene masas secas totales y cargas propulsoras más bajas, así como menores costos de lanzamiento por misión. Sin embargo, para los vehículos reutilizables previstos para el programa Artemis, los sistemas de 1 etapa y 3 etapas se vuelven rápidamente comparables en sus ventajas.

   Teniendo en cuenta todas las suposiciones del documento, el ganador "definitivo" para una serie de misiones lunares cortas de tipo "incursión" es el módulo reutilizable de una etapa que funciona con oxígeno líquido e hidrógeno líquido (LOX / LH2). Los autores señalan que se trata de un análisis preliminar, que no tiene en cuenta la seguridad de la tripulación, la probabilidad de éxito de la misión ni las consideraciones de riesgos de la gestión del proyecto, que requerirán modelos más elaborados en una etapa posterior del programa.

   El coautor de Skoltech Kir Latyshev señala en un comunicado que, para el programa Apollo, los ingenieros de la NASA hicieron un análisis similar y eligieron el módulo lunar de 2 etapas. Sin embargo, la arquitectura general de las misiones lunares era diferente en ese entonces. No tenía una estación lunar en órbita para mantener el módulo lunar entre las misiones, lo que significaba que todos los vuelos ALM deberían realizarse directamente desde la Tierra. También significó el uso de módulos lunares totalmente prescindibles (un vehículo nuevo para cada misión), a diferencia de los reutilizables que se consideran hoy en día. Aparte de eso, sin la estación lunar, una de las opciones actuales, el sistema de aterrizaje de 3 etapas, no era posible en absoluto.

   "Curiosamente, nuestro estudio encuentra que, incluso con la estación en órbita, si se consideran vehículos completamente prescindibles, se espera que el sistema de aterrizaje de 2 etapas (similar al Apolo) tenga masas más bajas y, por lo tanto, costos más bajos, que tipo de reconfirma la decisión de Apolo. Sin embargo, la reutilización cambia eso. Aunque los vehículos de 1 etapa y 3 etapas en este caso siguen siendo más pesados que los de 2 etapas, permiten reutilizar más de la 'masa del vehículo' (aproximadamente 70-100% en comparación con alrededor del 60% para la opción de 2 etapas) una y otra vez, ahorrando así dinero en la producción y entrega de nuevos vehículos a la estación en órbita y haciendo misiones lunares", añadió Latyshev.

   Añade que la consideración de la seguridad de la tripulación es un factor importante en el diseño de sistemas espaciales humanos que los autores no tuvieron en cuenta en su estudio.

   "Este factor de seguridad puede afectar los resultados de cualquier manera. Por ejemplo, las soluciones de etapas múltiples pueden ofrecer oportunidades de retorno más seguras en caso de emergencia en la órbita lunar de estacionamiento antes del descenso a la superficie que nuestro 'ganador", el sistema de una etapa: el vehículo de descenso o ascenso se puede utilizar para el retorno en el caso de los sistemas de 3 y 2 etapas en lugar de la etapa única del sistema de 1 etapa. Al mismo tiempo, se espera que los sistemas de 2 y 3 etapas sean más complejos y, por lo tanto, tengan más riesgos de averías, a diferencia de la solución más simple de una etapa. De modo que nuevamente hay una compensación", explica Latyshev.

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